[修订]procast菜单详解及使用大全

[修订]procast菜单详解及使用大全 第一章ProCAST简介 1.1序 ProCAST软件是由美国USE公司开发的铸造过程的模拟软件，采用基于有限元(FEM)的数值计算和综合求解的方法，对铸件充型、凝固和冷却过程中的流场、温度场、应力场、电磁场进行模拟分析。 1.2ProCAST适用范围 ProCAST适用于砂型铸造、消失模铸造; 高压、低压铸造; 重力铸造、倾斜浇铸、熔模铸造、壳型铸造、挤压铸造; 触变铸造、触变成型、流变铸造。 由于采用了 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化的、通用的用户界面，任何一种铸造过程都可以用同一软件包ProCAST TM进行分析和优化。它可以用来研究 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 结果，例如浇注系统、通气孔和溢流孔的位置，冒口的位置和大小等。实践证明ProCAST TM可以准确地模拟型腔的浇注过程，精确地描述凝固过程。可以精确地计算冷却或加热通道的位置以及加热冒口的使用。 1.3ProCAST 材料数据库 ProCAST TM可以用来模拟任何合金，从钢和铁到铝基、钴基、铜基、镁基、镍基、钛基和锌基合金，以及非传统合金和聚合体。 ESI旗下的热物理仿真研究开发队伍汇集了全球顶尖的五十多位冶金、铸造、物理、数学、计算力学、流体力学和计算机等多学科的专家，专业从事ProCAST和相关热物理模拟产品的开发。得益于长期的联合研究和工业验证，使得通过工业验证的材料数据库不断地扩充和更新，同时，用户本身也可以自行更新和扩展材料数据。 除了基本的材料数据库外，ProCAST还拥有基本合金系统的热力学数据库。这个独特的数据库使得用户可以直接输入化学成分，从而自动产生诸如液相线温度、固相线温度、潜热、比热和固相率的变化等热力学参数。 1.4ProCAST 模拟分析能力 可以分析缩孔、裂纹、裹气、冲砂 、冷隔、浇不足 、应力、变形 、模具寿命 、工艺开发及可重复性 。 ProCAST几乎可以模拟分析任何铸造生产过程中可能出现的问题,为铸造 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师提供新的途径来研究铸造过程,使他们有机会看到型腔内所发生的一切,从而产生新的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。其结果也可以在网络浏览器中显示,这样对比较复杂的铸造过程能够通过网际网络进行讨论和研究。 1.4.1缩孔 缩孔是由于凝固收缩过程中液体不能有效地从浇注系统和冒口得到补缩造成的。由于冒口补缩不足而导致了很大的内部收缩缺陷。ProCAST可以确认封闭液体的位置。使用特殊的判据，例如宏观缩孔或Niyama判据来确定缩孔缩松是否会在这些敏感区域内发生。同时ProCAST可以计算与缩孔缩松有关的补缩长度。在砂型铸造中，可以优化冒口的位置、大小和绝热保温套的使用。在压铸中，ProCAST可以详细准确计算模型中的热节、冷却加热通道的位置和大小，以及溢流口的位置。 1.4.2裂纹 铸造在凝固过程中容易产生热裂以至在随后的冷却过程中产生裂纹。利用热 应力分析，ProCAST TM可以模拟凝固和随后冷却过程中产生的裂纹。在真正的生产之前，这些模拟结果可以用来确定和检验为防止缺陷产生而尝试进行的各种设计。 1.4.3裹气 由于液体充填受阻而产生的气泡和氧化夹杂物会影响铸件的机械性能。充型过程中的紊流可能导致氧化夹杂物的产生, ProCAST能够清楚地指示紊流的存在。这些缺陷的位置可以在计算机上显示和跟踪出来。由于能够直接监视裹气的运行轨迹，从而使设计浇注系统、合理安排气孔和溢流孔变得轻而易举。 1.4.4冲砂 在铸造中，有时冲砂是不可避免的。如果冲砂发生在铸造零件的关键部位，那将影响铸件的质量。ProCAST可以通过对速度场和压力场的分析确认冲砂的产生。通过虚拟的粒子跟踪则能很容易确认最终夹砂的区域。 1.4.5冷隔及浇不足 在浇注成型过程中，一些不当的工艺参数如型腔过冷、浇速过慢、金属液温度过低等都会导致一些缺陷的产生。通过传热和流动的耦合计算，设计者可以准确计算充型过程中的液体温度的变化。在充型过程中，凝固了的金属将会改变液体在充型中的流动形式。ProCAST可以预测这些铸造充型过程中发生的问题， 并且可以随后快速地制定和验证相应的改进方案。 1.4.6压铸模寿命 热循环疲劳会降低压铸模的使用寿命。ProCAST能够预测压铸模中的应力周期和最大抗压应力，结合与之相应的温度场便可准确预测模具的关键部位进而优化设计以延长压铸模的使用寿命。 1.4.7工艺开发和优化 在新产品市场定位之后，就应开始进行生产线的开发和优化。ProCAST可以虚拟测试各种革新设计而取之最优，因此大大减少工艺开发时间，同时把成本降到最低。 1.4.8可重复性 即使一个工艺过程已经平稳运行几个月，意外情况也有可能发生。由于铸造工艺参数繁多而又相互影响，因而无法在实际操作中长时间连续监控所有的参数。然而任何看起来微不足道的某个参数的变化都有可能影响到整个系统，这使得实际车间的工作左右为难。ProCAST可以让铸造工程师快速定量地检查每个参数的影响，从而确定为了得到可重复的、连续平稳生产的参数范围。 1.5ProCAST分析模块 ProCAST 是针对铸造过程进行流动- 传热- 应力耦合作出分析的系统。它主要由八个模块组成:有限元网格划分MeshCAST 基本模块、传热分析及前后处理Base License、 流动分析Fluid flow、应力分析Stress 、热辐射分析Rediation 、显微组织分析Micromodel 、电磁感应分析Electromagnetics、反向求解Inverse ，这些模块既可以一起使用也可以根据用户需要有选择地使用。对于普通用户，ProCAST应有基本模块，流动分析模块，应力分析模块和网格划分模块。对于铸造模拟有更高要求的用户则需要有更多功能的其它模块。 标准模块:附加模块: * 基本模块(传热分析模块)* 应力分析模块 * 流体分析模块 * 辐射分析模块 高级模块:工具模块: * 晶粒结构分析模块* 网格生成模块 Meshcast * 微观组织分析模块* 反向求解模块 1.5.1基本模块(传热分析模块): 本模块进行传热计算并包括ProCAST的所有前后处理功能。传热包括传导、对流和辐射。使用热焓方程计算液固相变过程中的潜热。 ProCAST的前处理用于设定各种初始和边界条件，可以准确设定所有已知的铸造工艺的边界和初始条件。铸造的物理过程就是通过这些初始条件和边界条件为计算机系统所认知的。边界条件可以是常数，或者是时间或温度的函数。ProCAST配备了功能强大而灵活的后处理，与其它模拟软件一样，它可以显示温度、压力和速度场，但又同时可以将这些信息与应力和变形同时显示。不仅如此，ProCAST还可以使用X射线的方式确定缩孔的存在和位置，采用缩孔判据或Niyama判据也可以进行缩孔和缩松的评估。ProCAST还能显示紊流、热辐射通量、固相分数、补缩长度、凝固速度、冷却速度，温度梯度等等。 1.5.2流体分析模块: 流体分析模块可以模拟所有包括充型在内的液体和固体流动的效应。Procast通过完全的Navier-Stocks流动方程对流体流动和传热进行耦合计算。本模块中还包括非牛顿流体的分析计算。此外，流动分析可以模拟紊流、触变行为及多孔介质流动(如过滤网)，也可以模拟注塑过程。 流动分析模块包括以下求解模型: 1.Navier-Stokes 流动方程。 2.自由表面的非稳态充型。 3.气体模型:用以分析充型中的囊气、压铸和金属型主宰的排气塞、砂型透气性对充型过程的影响以及模拟低压铸造过程的充型。 4.滤模型:分析过滤网的热物性和透过率对充型的影响，以及金属在过滤网中的压头损失和能量损失，粒子轨迹模型跟踪夹杂物的运动轨迹及最终位置。 5.牛顿流体模型:以Carreau-Yasuda 幂律模型来模拟塑料蜡料粉末等的充型过程。 6.紊流模型:用以模拟高压压力铸造条件下的高速流动。 7.消失模模型:分析泡沫材料的性质和燃烧时产生的气体、金属液前沿的热量损失、背压和铸型的透气性对消失模铸造充型过程的影响规律。 8.倾斜浇注模型:用以模拟离心铸造和倾斜浇注时金属的充型过程。 从以上列出的流动分析模型可知在模拟金属充型方面ProCAST 提供了强大的功能。 1.5.3应力分析模块: 本模块可以进行完整的热、流场和应力的耦合计算。应力分析模块用以模拟计算领域中的热应力分布，包括铸件铸型型芯和冷铁等。采用应力分析模块可以分析出残余应力、塑性变形、热裂和铸件最终形状等。应力分析模块包括的求解模型有6种:线性应力;塑性、粘塑性模型;铸件、铸型界面的机械接触模型;铸件疲劳预测;残余应力分析;最终铸件形状预测。 1.5.4辐射分析模块: 本模块大大加强了基本模块中关于辐射计算的功能。专门用于精确处理单晶铸造、熔模铸造过程热辐射的计算。特别适用于高温合金例如铁基或镍基合金。此模块被广泛用于涡轮叶片的生产模拟。该模块采用最新的“灰体净辐射法”计算热辐射自动计算视角因子、考虑阴影效应等，并提供了能够考虑单晶铸造移动边界问题的功能。此模块还可以用来处理连续性铸造的热辐射，工件在热处理炉中的加热以及焊接等方面的问题。 1.5.5显微组织分析模块: 显微组织分析模块将铸件中任何位置的热经历与晶体的形核和长大相联系，从而模拟出铸件各部位的显微组织。ProCAST 中所包括的显微组织模型有:通用型模型:包括等轴晶模型、包晶和共晶转变模型，将这几种模型相结合就可以处理任何合金系统的显微组织模拟问题。ProCAST使用最新的晶粒结构分析预测模型进行柱状晶和轴状晶的形核与成长模拟。一旦液体中的过冷度达到一定程度，随机模型就会确定新的晶粒的位置和晶粒的取向。该模块可以用来确定工艺参数对晶粒形貌和柱状晶到轴状晶的转变的影响。 Fe-C 合金专用模型:包括共晶/ 共析球墨铸铁、共晶/ 共析灰口/ 白口铸铁、Fe-C 合金固态相变模型等。运用这些模型能够定性和定量地计算固相转变、各相如奥氏体、铁素体、渗炭体和珠光体的成分、多少以及相应的潜热释放。 1.5.6电磁感应分析模块: 电磁感应分析模块主要用来分析铸造过程中涉及的感应加热和电磁搅拌等问题。如半固态成形过程中的用电磁搅拌法制备半固态浆料，及半固态触变成形过程中用感应加热重熔半固态坯料。这些过程都可以用P r o C A S T对热流动电磁场进行综合计算和分析。 1.5.7网格生成模块MeshCAST: MeshCAST自动产生有限元网格。这个模块与商业化CAD软件的连接是天衣无缝的。它可以读入标准的CAD文件格式如IGES、Step、STL或者Parsolids。同时还可以读诸如I-DEAS, Patran, Ansys, ARIES或ANVIL格式的表面或三维体网格,也可以直接和ESI的PAM SYSTEM和GEOMESH无缝连接。Meshcast TM同时拥有独一无二的其它性能，例如初级CAD工具、高级修复工具、不一致网格的生成和壳型网格的生成等。 1.5.8反向求解模块: 本模块适用于科研或高级模拟计算之用。通过反算求解可以确定边界条件和材料的热物理性能。虽然ProCAST提供了一系列可靠的边界条件和材料的热物理性能，但有时模拟计算对这些数据有更高的精度要求，这时反算求解可以利用实际的测试温度数据来确定边界条件和材料的热物理性能。利用实际的测温数据来确定数值模拟的边界条件和材料的热物理性能，以最大限度的提高模拟结果的可靠性。在实际应用技术中首先对铸件或铸型的一些关键部位进行测温，然后， 将测温结果作为输入量通过ProCAST 反向求解模块对材料的热物理性能和边界条件进行逐步迭代，使技术的温度/时间曲线和实测曲线吻合从而获得精确计算所需要的边界条件和材料热物理性能数据。 1.6ProCAST特点 1. ProCAST 采用基于有限元法FEM 的数值计算方法与有限差分FDM 相比有限元法具有较大的灵活性，特别适用于模拟复杂铸件成型过程中的各种物理现象有限元的优点可以归结如下: 1) 好的几何描述能力FEM 可以精确描述曲面，而F D M 只能以阶梯形简化描述曲面。 2) 建模过程中如需局部网格细化有限元网格无需象有限差分法那样把细化影响到整修模型，这样使F E M 的单元和节点数明显少于F D M。 3) 以弹性、弹塑性、弹粘塑性模型进行应力和热的耦合分析时，只能采用有限元法。有限差分法由于网格不能变形因而不能进行应力分析。 4) 在处理和充型方向相平行的曲面时，由于有限元法能够精确描述曲面边界，因而能准确模拟铸件充型的流场，而有限差分法在描述铸件曲面边界时，由于断面成锯齿状而造成较大的偏差。 5) 在精确处理辐射传热问题时，视角系数和阴影效果的计算，要求准确地描述外表面及相应方位。因此，F D M 无法处理复杂的辐射问题。 2. ProCAST 作为针对铸造过程进行流动-传热-应力耦合求解的软件包，能够模拟铸造过程中绝大多数问题和许多物理现象。 在铸造过程分析方面，ProCAST 提供了能够考虑气体、过滤、高压、旋转等对铸件充型的影响;能够模拟出气化模铸造、低压铸造、压力铸造、离心铸造等几乎所有铸造工艺的充型过程并能对注塑、压制腊模、压制粉末等的充型过程进行模拟。 在传热分析方面，ProCAST 能够对热传导、对流和辐射等三种传热方式进行求解，尤其是引入最新"灰体净辐射法"模型，使ProCAST 擅长于解决精铸及单晶铸造问题。 在应力分析方面，通过采用弹塑性和粘塑性，及独有的处理铸件/ 铸型热和机械接触界面的方法，使其具有分析铸件应力、变形的能力。 在电磁分析方面，ProCAST 可以分析铸造过程所涉及的感应加热和电磁搅拌等。 以上的分析可以获得铸造过程的各种现象铸造缺陷形成及分布铸件最终质量的模拟和预测。 3.ProCAST 以模拟铸造过程的基本功能划分模块，而不以铸造方法进行模块划分。各模块根据可靠数据不仅能模拟铸造过程还能够模拟出热处理和焊接等方面的问题。这极大地方便了用户使用户可以灵活地应用软件解决多种工艺问题。 4.ProCAST 的前后处理完全基于OSF/Motif的ProCAST 的用户界面。通过提供交互菜单数据库和多种对话框完成用户信息的输入。ProCAST 具有全面的在线帮助具有良好的用户界面。ProCAST 通过提供和通用机械CAD 系统的接 口，直接获取铸件实体模型的IGES 文件或通用CAE系统的有限元网格文件。ProCAST 还可以将模拟结果直接输出到C A D 系统接口，尤其可以通过I -D E A S 直接读取P r o C A S T 结果文件。这使得P r o C A S T 极易与具有设计加工的C A D / C A M /C A E 系统相集成，实现数共享大幅度提高铸造生产率。 5.ProCAST可运行于Windows NT, Windows 2000, Windows XP, Linux和UNIX平台，对硬件没有特殊要求。同时ProCAST也可运行于矢量计算机上和进行并行处理。ProCAST采用TK/TCL跨平台语言，所有平台的升级均同时进行，无须任何第三方软件支持。 第二章ProCAST的 Pro/E的接口 2.1Pro/ENGINEER 与ProCAST 的接口方式的分析 一般来讲三维设计软件与有限元分析软件的接口文件方式可分为两大类:一类是专用接口，是指分析软件专门针对某种造型软件数据格式制定如ProCAST针对UG 的PARASOLIDS 格式文件接口;另一类是通用接口，即通过标准格式文件进行数据交换如IGES 、STEP 、STL 等。根据功能的不同又可以分为实体(包括线框与表面)格式和有限元(FEM) 格式。Pro/ENGINEER 与ProCAST 之间没有专用接口，只有通用接口为遵从ProCAST的工作习惯，将有限元格式细分为表面网格(Surface Mesh) 方式和四面体网格(Tetrahedral Mesh)方式。 2.1.1 Pro/ENGINEER 文件输出方式 2.1.1.1 实体格式 Pro/ENGINEER 输出默认的实体格式文件，对零件为.prt ，对装配为.asm 。这两种实体格式均不能被ProCAST 接受，因而只能通过输出标准接口格式文件与ProCAST 进行数据传递。生成标准实体格式文件的命令次序为: FileExportModel„选择文件格式输入文件名输出对话框,,,,, OK , 对砂型铸造，由于至少包括砂型及铸件，必须使用装配方式，以下如无特殊说明，均指装配环境。 2.1.1.2 有限元格式文件 Pro/ENGINEER 产生体网格文件与表面网格文件过程大同小异;首先要在Foundation 或Assembly 环境下建模、定义材料特性、装配;然后进入FEM 环境，经过定义模型、生成模型(体网格选取Tet Mesh， 表面网格选取Shell Mesh)、 输出模型等过程产生有限元模型。 2.1.2 ProCAST 文件读入与处理方式 对于不同类型的输入文件，ProCAST 处理并不一样。对实体类型文件及表面网格，先由网格剖分模块MeshCAST 读入，剖分体网格，输出ProCAST格式文件(.mesh)， 再传给前处理模块PreCAST 进行前处理。而体网格文件，可以由MeshCAST 处理也可以被PreCAST 接受直接做前处理。 2.1.2.1 MeshCAST 的文件读入与处理方式 ProCAST 的网格剖分模块MeshCAST 对文件的处理方式如下图所示: 2.1.2.2 PreCAST 的文件读入方式 一般来讲，PreCAST 最佳的输入文件是由MeshCAST 产生的.mesh 格式文件，但一些著名的分析软件，如ANSYS 、Patran、 I-deas 等生成的四面体网格文件，或其它软件生成的以上格式文件，也可以由PreCAST 直接读入然后进行分析前处理。 2.2Pro/ENGINEER 与ProCAST 的接口方式 根据以上分析可以列出Pro/ENGINEER 与ProCAST 的接口方式如下: 2.2.1Pro/ENGINEER 与ProCAST 的接口方式的比较分析 为使分析简单明确，避免由于铸件复杂导致的无谓歧义，采用如图2 所示简单铸件。 2.2.1.1 实体方式 IGES 格式 由Pro/ENGINEER 生成的IGES 格式文 件，可以由MeshCAST 读入，并且可以进一步 进行几何检查、几何修复、剖分表面网格、 剖分体网格等操作，是一种可行的接口方式。 该方式的优点在于可以充分利用MeshCAST 的Repair Tools 和SurfaceMesh 菜单提供的 几何和表面网格修复功能，使生成的网格最 大限度地符合下游解算需求。缺点是对复杂 铸件修复工作量大而且几何不直观，需要与 Pro/ENGINEER 频繁地交互操作。 2.2.1.2 STL 格式 MeshCAST 只接受ASCII 形式的STL 格式文件，不接受二进制的STL 格式文件。但即使如图所示简单铸件读入后，仍存在较多的问题。剖分表面网格一直没有成功。 2.2.1.3 STEP 格式 MeshCAST 读入Pro/ENGINEER 输出的STEP 格式文件时系统提示; Error in get_next_step_parm at Entity 跳出，如此表明，Pro/ENGINEER 与#465„ ProCAST 之间采用STEP 接口方式是不成功的。 2.2.2 体网格 Pro/ENGINEER 输出的有限元网格如图3 所 示，为图样清晰，图示不包括铸型。 2.2.2.1 Patran 格式 Pro/ENGINEER 输出的Patran 格式文件扩展名为.pat， 如果由MeshCAST 读入需要更名为.Patran ，如果由PreCAST 读入需要更名为.out ，在输入文件名时如果连同扩展名一起输入可以不更名，该结论同样适用于以下需要更名的情况。Pro/ENGINEER 输出的Patran 格式文件，即可以由PreCAST 读入，也可以由MeshCAST 读入，之后写成ProCAST 格式.mesh ，是一种较好的接口方式。该方式的优点在于由Pro/ENGINEER 一次生成体网格，减少两者之间数据传递。缺点在于Pro/ENGINEER 采用全参数化建模，长处在于建模剖分网格功能并不强大，生成体网格比较困难，特别在装配环境下需要处理铸件----铸型交界面时生成体网格非常困难。此外，由PreCAST 直接读入时，无法对单元进行检测。 2.2.2.2 ANSYS 格式 Pro/ENGINEER 输出的ANSYS 格式文件(.ans) 只能由PreCAST 读入，测试表明该种接口方式是可行的。与前者相比，由于不能由MeshCAST 读入，无法进行单元检测。 2.2.2.3 Ideas 格式 Pro/ENGINEER 输出的Ideas 格式文件扩展名为.unv ，如果由MeshCAST 读入，需要更名为. Ideas ，如果由PreCAST 读入，则无 需更名。 Pro/ENGINEER 输出的Ideas 格式文件在由MeshCAST 读入和PreCAST 读入时，均在提示出错后系统跳出。其中在NT 环境下系统提示为: Segmentation fault 在UNIX 环境下系统提示为: Accessing Program files (usr/people/procast/lib) 或Memory fault Bus error(core dump) 2.2.3 表面网格 测试表明，Pro/ENGINEER 输出的Patran 格式和Ideas 格式文件均可以由MeshCAST 读入，并经过体网格剖分后写成ProCAST 格式(.mesh)。采用该方式最大的优点在于避免Pro/ENGINEER 全参数化所带来的体网格生成困难，并且将体网格剖分留给MeshCAST ，使其生成的网格更适合ProCAST 解算。缺点是在处理铸件--铸型交界面，仍然比较困难。经过测试，对复杂铸件，在装配铸型之前剖分表面网格，非常顺利，而一旦装配上铸型，在交界面经常出现问题，甚至根 本无法通过。值得说明的有两点:首先所有表面网格文件在由MeshCAST 读入时必须统一更名为.out 形式;另外，既然采用表面网格文件作为接口方式，铸件--铸型交界面实际上就是铸件的外表面，我们就不能不设想铸型只用外轮廓，铸件用实体。这样不但铸型设计简单，而且建立有限元模型时，无须处理铸件--铸型交界面，这就是下面所定义的Shell 形式。 2.2.4 Shell 形式 2.2.4.1 特殊的表面网格 如前所述，在铸件工艺设计完 成后，不装配铸型，而只装配与其 外形一致的轮廓体(本示例中为简 单的长方体)，然后进入FEM 环境， 按有限元模型生成次序输出表面网 格模型(Patran 格式或Ideas 格式 均可)。 按此方式生成的表面网格可以由MeshCAST 读入，但无法进行体网格剖分。研究发现，在铸件与铸型外轮廓相交汇处(本例为浇口和明冒口)存在重叠网格，图5 显示浇口处的重叠网格。 但好在MeshCAST 的View 菜单的Edit Menu 功能，可以去除重叠网格，而且重叠网格仅存在于浇口和明冒口，处数量有限，手工消除是可以承受。的具体操作过程如下: Step 1: 利用ViewCheck Surface 功能及CLIP Hidden Surface Active Node , 等工具找到重叠网格的节点号及单元号 Step 2:手工绘制需要去除的重叠网格图形 Step 3: 利用ViewEdit MenuElement Del 逐一去除多余单元。,,, 2.2.4.2 shell 形式 采用上述方法，最大的弊病是需要手工消除重叠网格，当存在冷铁、保温材 料等多材质的情况，手工工作量太大，甚至根本无法完成。如果能从重叠网格产生原因入手，清除重叠网格的产生根源，就能够从根本上杜绝重叠网格的产生。 重叠网格产生的原因很清楚，就是交汇处的表面同时被两种材质(本例中为铸件与铸型)的外轮廓所拥有，而Pro/ENGINEER 采取实体造型无法将任何一方的表面删除，剖分表面网格就造成了重叠交叉。如果将铸件与铸型合成一个实体，显然就可以避免上述问题。但此时又产生一个新问题，Pro/ENGINEER 无法区分铸件与铸型，也就无法指定界面两侧的材质。换而言之，合并后所生成的只是单一的实心的实体。为此我们设想表面网格仅需要表面即可，而在仅有表面的情况下是可以区分界面两侧的材质的。由此我们尝试，将铸件与铸型外轮廓的实体表面提取出来，形成一个包括铸件与铸型外轮廓表面的特殊壳体再剖分表面网格我们将其定义为Shell形式。此方式获得了成功，具体操作步骤如下: Step 1: 铸件工艺设计完成后通过Create Surface 提取铸件外表面并Cut 掉原来铸件; Step 2 :通过Create Surface 加上铸型外表面; Step 3: 进入FEM 环境按有限元模型生成次序输出Shell 模型Patran 格式或Ideas 格式均可;由MeshCAST 读入，剖分体网格;需要说明的有一点:仅包括曲面情况下，划分表面网格需要指定Quilt Thick ，参数可根据铸件的大小给出一个较小的值即可。采用该方式的优点在于不但简化了铸型设计，而且建立有限元模型时，无须处理铸件--铸型交界面。此外，由此方式产生的表面网格，在MeshCAST 读入时自动确认为两种材质，多种材质情况亦然，无须在Pro/ENGINEER 中事先指定材质。 2.2.5 其它方式 2.2.5.1 VIRTUAL MOLD 方式 该方式适合铸型外形简单的情况，实体造型及有限元网格剖分时不必处理铸型。采用该方式，在具体应用中存在的问题，是常常找不到铸件铸型之间的交界面(Interface )，也就无法给定换热系数(Heat)。 2.2.5.2 MERGE FILES 方式 MERGE FILES 方式首先要求文件的格式必须为ProCAST 的表面网格(.sm) 或体网格(.mesh)。 对于该方式，我们进行了多次测试，体网格、表面网格、Patran 格式、Ideas 格式，对面网格先Merge再剖分体网格、先剖分再Merge ，等等，但最多只能保证生成的体网格可以由PreCAST 读入，而且同样找不到交界面。 2.3 结论: 2.3.1 以采用的接口方式: 实体方式:IGES 格式; 表面网格:Patran 格式、Ideas 格式、Shell 方式; 体 网 格:Patran 格式、ANSYS 格式; 2.3.2 推荐方式 通过相当数量的实践表明;Pro/ENGINEER 输出的Patran 格式优于Ideas 格式和ANSYS 格式换而言之Pro/ENGINEER 的有限元内核更接近于Patran 方式。表面网格优于体网格与实体方式而Shell 方式是表面网格中最优方式。 综上所述认为最佳接口方式为采用Shell 方式输出Patran 格式表面网格由MeshCAST 剖分体网格。 第三章ProCAST的模拟过程 1.创建模型:可以分别用IDEAS、UG、PATRAN 、ANSYS作为前处理软件 创建模型，输出ProCAST可接受的模型或网格格式的文件。 2.MeshCAST:对输入的模型或网格文件进行剖分，最终产生四面体网格， 生成xx.mesh文件，文件中包含节点数量、单元数量、材料数 量等信息。 3.PreCAST: 分配材料、设定界面条件、边界条件、初始条件、模拟参数， 生成xxd.dat文件和xxp.dat文件。 4.DataCAST:检查模型及Precast 中对模型的定义是否有错误，输出错误信 息，如无错误，将所有模型的信息转化为二进制，生成xx.unf 文件。 5.ProCAST:对铸造过程模拟分析计算，生成xx.unf文件。 6.ViewCAST:显示铸造过程模拟分析结果。 7.PostCAST:对铸造过程模拟分析结果进行后处理。 第四章MESHCAST 4.1MESHCAST简介 MESHCAST用FEM(Finite Element Method)来产生四面体网格。MESHCAST是网格生成模块，其网格生成有两步，先生成表面网格，后生成体积网格，MESHCAST可以接受由IGES、PARASOLIDS、STEP或STL建立的模型，MESHCAST再将模型生成表面网格，进一步生成体积网格。另一种方法，MESHCAST也能接受由 CAD/CAE软件包生成的表面网格或是体积网格。MESHCAST有强大的模型修补功能和模型网格分析功能，不用再花时间返回到用户原来的CAD/CAE系统中去修改原文件了。 MESHCAST能检查几何模型中的表面网格和四面体体积网格。MESHCAST在检查好模型的表面网格后再生成体积网格。 根据不同的需要，可以选择线性或二次网格。对于如分析应力，生成二次结点，可能会提高分析的准确性。 4.2MESHCAST的工作流程: 1. OPEN，打开一个由其它CAD/CAE软件包生成的几何模型。 2. REPAIR, MESHCAST能自动的检查输入文件的缺陷，警告和消息将会被显示在消息窗口(message windows )中。点击check geometry 来检查模型的缺陷。Repair environment 中提供了许多用来修补几何模型的工具。 3. 在修补环境中，生成表面网格模型。MESHCAST生成的表面网格，在特殊的边缘和表面有不同的密度。 4. 在Meshing environment 中编辑表面网格，一旦表面网格生成，网硌就可以看到，我们可以对其进行评估和检查，一些高级的操作也可以用来编辑网格，如创 建一个壳网格，或合并表面网格等等。 5. 在Meshing environment中生成四面体体积网格，各种选项用来控制加到材料内部的体积单元的数量。 6. 在Quality checking environment 中查看网格和提高网格的质量。 综述: MESHCAST是一个重要的工具，它提供了高质量的网格，而这些网格可以用来作为输入文件，来提供给广泛的各种各样的分析软件。MESHCAST可以让设计者和工程师来修改和提高原始的模型，提高模型关键部分的网格质量，可以明确指定每一个部分的网格密度。 4.3软件说明 4.3.1 Starting environment(开始的环境) 文件菜单中的Equialent 是用来消除共同的重叠的结点的。Properties 中的Units用来设定几何体的单位，Advanced 项用来设置误差等等。在打开文件之前应该先设定误差和几何体的单位。 显示工具的相关说明: Rotate------旋转，输入相交的角度即可执行。 Restore------恢复X Y轴垂直的方向。 Zoom-------用来放大和缩小几何体模型，按住鼠标左键向下移，则放大。向上移，则缩小。 Zoom out---用来调整几何体模型在适当的范围。 Center-----将几何体定位于工作窗口的中心。 Drag------拖住几何体上下左右移动。 Clip------用来剪切一部分几何体，点击左键，移动，形成一个框，围入一部分。用户就可以在围入的这一部分几何体中进行相关的操作，而不用受其它部分的干扰，clip在网格生成中还有作用，如下:点击左键，激活clip，选一个范围，选中的部分被激活。点击右键，激活clip，选一个范围，未选中的(在框外面的部分)被激活。Clip中材料编辑框中还有作用，用来创建一种新材料。 Backtrack/all 返回前一个激活的设置，即取消。 Wireframe---- 显示空的几何体。 Hide---- 显示有隐藏表面的表面网格的几何体。 Solid ----显示一个实体的有隐藏表面的表面网格的几何体。 Shade ----显示一个实体的模型。 4.3.2 Repair environment (第二个环境) 有repair tools, set table, repair facilitation tool 几项。 4.3.2.1修补工具(repair tools) 1.边缘操作: 简要说明一下: Add line point-----确定两个增加一条直线 sweep edges----------根据指定的角度或者沿着指定的轴来去除一些选定的直线 sweep curve----------靠去除已存在的边缘来创造一个新的边缘 connect---------连接选择边的端点到离它最近的位置 straighten------先选中边再拉直 split line-------剪切, Del/Merge-------合并已选择边的两具端点成单一的点，而点的位置是预先确定的 Merge edges----合并相临的边缘成一个边，用来消除几何体中相临表面的两个边的孔洞或裂纹，选择边的顺序也很重要，第一个选择 的边将会代替第二个选择的边，连接第二个边的表面将会被扩展来覆盖原来的孔洞，一旦你确认第二边，它就会被消除，同时与它联接的网格与会被消除。 Auto Merge-----用来合并两个表面之间形成裂纹(缝)的边，也能合并属于重叠面的边，只有当这些边被选择时(成红色)，这个命令才能用，合并之后，合成边由红色变成白色，两边之间的最大距离填到Tolerance1中，最小距离填到Tolerance2中，这个命令只能在读入几何体时执行，不能在划分表面网格或体积网格后执行。 Merge point----合并已选择两个边的最近的两个点成一个点。 2( Surface operation (表面操作) 简要说明一下几个命令: Add plane----- 增加一个平面，先用选择一系列的边来增加一个平面，再点击这个按钮。 Add surface------ 增加一个表面，表面号会显示在消息窗口中，新创造的表面没有任何的边，需要添加，还要对表面进行描述。 Del surface ------删除一个表面。 Rem coin faces-----这个命令用来删除由auto merge operation 生成具有相同的边缘的多重的表面，单击Rem coin faces按钮，命令就自动的执行了，在消息窗口中会有显示。 Merge surface -------合并小的表面到大的表面中去，首先确定哪个表面是你要合并的，有对话框提示是否要确定这样的合并，两个面选择的顺序并不重要，大的表面会用蓝色显示，大小面之间的边会用红色显示，在这个命令执行以后会自动删除。 Add edges ---------增加已选择的边到指定的表面中。 Remove edges-----从指定的表面中删除边。 3(Build operation Box-----构建一个矩形，指定三个坐标。 Cylinder----构建一个圆柱体. Sweep------按特定的轴或角度来拉伸 Split geom-----切分几何体。 Add rectangle-----用四个相互联系的边来形成一个矩形(要指它三个以上的点). Construct periodic surface-----创建围绕指定轴或角度来创建表面。 Translate------转变一系列已选择的边缘来创建新的边和表面。 Mirror symmetry------根据选定的边(表面)来作镜面对称而产生的新的表面。 Rotational symmetry -----旋转几何体。 4( Tools 这些按钮是用来进行几何体的修补的。简要说明一下: Print co-ordinate------显示坐标。 Auto-Fix unmeshed surface------自动修复在通常情况下不能生成的表面网格。 ISN------来显示指定表面位置的结点及提示与这些节点有关的表面的数量。这个命令用来调试在体积网格产生过程中的错误。 Change view-----用来改变几何体视图的位置。 Bad Angle criteria-----坏角度标准，指定一个角度，这个角度将被用于决定表面网格是否包含坏的三角形网格(这些网格可能在以后的体积网格生成过程中产生问题)如果表面三角形网格的角度小于定义的这个角度值的话,Meshcast会产生坏三角形表面网格警告消息，角度的有效值在0~45度。 5( Import/Export 执行各种输入输出命令。简要说明一下几个命令: Export Geom------输入几何体模型(prefix.gmrst) Import Geom-------输出几何体模型(prefix.gmrst) Write surface---------把指定的表面(先选中)输出，以meshcast-tmp这种形式，存放的路径为当前的工作路径。 Read surface------把以前的用 write surface 命令输出的文件(在当前的工作路径下)读入。 Read surface mesh-----从meshcast-tmp 文件中读取表面网格。 Write surface Dec 在当前的工作路径下写一个指定表面的文件的相关描述。注意，一定要是meshcast-tmp 文件。 Read surface Dec在当前的工作路径下读一个meshcast-tmp 文件。 4.3.2.2repair facilitation tool 这些命令来评估几何体模型，执行选择操作，激活下一级的几何体设置和完成表面网格的生成。简要说明一下几个命令: check Geometry------用来检查几何体的裂纹，也指出在生成体积网格的过程，可能产生多种材料裂纹，用蓝色来显示(with red-plus sign)，连接超过两个表面的边将用黄色来显示。 Identify------根据一种指定的标准来鉴别表面和边，在消息窗口中显示表面和边的数量，边的长度等等。 Display----选择性的显示表面号。 Undo-----不做任何操作，针对几何体的修改和表面网格的生成。 StoreGeom-----在当前的路径下 ，存储一个prefix.gmrst文件。 Select-----选择边(选中的用红色表示)。 Deselect----取消(即不选中)用白色表示。 Select all -----全部选中。 Deselect all---- 全部不选。 Select Remaining ----选择还没有分配“edge-length”值的边，在设置中。 Active-----用来创造一个活动的边/面，可以单独对边/面进行操作，而不会受其它部分的干扰。 Append adjacent---- 选择边，再点击，与这些边有联系的表面都将被激活。 Active highlight ------激活没有生成表面网格的边/表面，可以单独对这些边或表面进行操作，而不会干扰剩余的表面网格的其它部分。 Active unmeshed-----激活所有那些包含有坏元素(网格)的表面中的表面/边，也可以单独操作。范围比前一个广。 Store enclosure -----储存那些形成一个包围(enclosure)的表面，靠选择组成表面的边来选择表面，若有这样的一个enclosure的话。 Generate surface -----生成网格。 Show mesh-----显示网格。 Check mesh------检查网格。能检查出没有生成表面网格的表面，小角度的三角形，尖角的三角形或其它坏表面三角形网格，能显示坏三角形和与之联系的表面节点数(用红色显示)，还有一些警告的信息(消息窗口中显示)，推荐用户在保存表面网格和开始生成体积网格时，使用检查网格功能。 Mesh properties-----网格的属性，若要修改，请先激活。 Go volume meshing -----形成体积网格。 4.3.2.3 Set table (设置栏) 用来定义一些表面/边的设置(选择整体中的部分，在几何体的修理中)，或用来分配表面的元素长度值(应用于表面/边，为了表面网格的划分)。 Add edges/surface ------先选择，再store,存到相应的边缘号或是表面号中去(在消息窗口中显示)。之后，再选择一个就可以单独进行操作了。还可以设计它们的值。 Meshcast ------可以在不同的表面产生不同的网格密度，表面三角形的长度是由edge sets 中的设置值决定的，内部的三角形长度由当前的surface-sets 设置的值决定或由表面上边的最大值决定。 Store -----储存消息，会提示消息框(当存储的任务小于以前存储的任务时)，点击继续，更新消息。 Delete-----删除。 4.3.3Meshing Environment 在几何模型构建完全，修补完，表面网格已经生成，接下来就要对表面网格进行编辑了，在完成在repair environment 中的工作后，点击Go volume meshing 或读入表面网格文件，如(*.sm*.stl*.unv,*.out ), Meshing Environment就会自动被激活，这个工作环境能让用户获得高质量的体积网格。 生成高质量体积网格的顺序:第一步，生成体积网格，第二步，Plot体积网格的质量，第三步，Smooth体积网格，第四步，保存生成的体积网格。 4.3.3.1Edit Mesh 包括编辑节点和单元的操作。 1. 编辑节点的相关操作: Add node----在特定的坐标上增加节点，在消息窗口中会显示增加的节点号。 Modify vector-----引着一个特定的向量移动节点，成功操作后，屏幕会更新。 Smooth node -----输入节点数，点击这个键，屏幕将更新。 Smooth all------首先激活节点(用Active ops命令)，接着点击该按钮。 2. 编辑单元的相关操作: Add element ----在输入窗口中输入三个节点，接着点击这个按钮，成功操作后，屏幕会更新。 Modify-------修改一个单元(靠输入单元号和三个新节点)。 Delete element ----删除一个指定的单元。 Delete conn(s) -----删除与某一个指定节点相关的所有单元。 Connect cracks------在输入窗口中，指定一个节点，点击这个按钮，可以试图修复不连续的表面网格。 Delete all删除所有激活的节点(用Active ops命令)。 Undo -----误操作，返回。 4.3.3.2merge 先得掌握SM1+SM2=SM这个功能。这个命令是高级命令，是将两个网格合并在一起，再对其进行一系列操作。更多的内容可以参考PROCAST自带的帮助文件。 4.3.3.3Shell 用来定义和产生一个Shell网格。更多的内容可以参考PROCAST自带的帮助文件。 4.3.3.4Tet Mesh(生成体积网格) Auto Fix bad triangles ------自动修复表面网格，先得输入最大的边长度值。 Aspect Ratio-----比率，指产生的体积网格最大边与最小边的比率。 Layers-----让MESHCAST如何处理内部的节点，通常选用full layers . 4.3.3.5Operational tools 操作工具 简单的说明一下几个功能键: Check mesh------核对检查表面网格，能检查出未生成网格的表面，小角度的面及长尖的表面或其它质量差的网格。在工作窗口中用红色来显示质量差的网格及其联系的哎呀面结点数。 Check intersection------检查交点。 Enclosure ------用来显示the enclosure mesh ,如果模型中有the enclosure mesh，则此按钮变暗，若没有，则不变黑。 STLSM-----转变STL MASH 成MESHCAST SURFACE MESH 如果输入, 的是STL网格，应该转化成MESHCAST网格。 Coarsen mesh-----减少网格密度而扩大表面网格，首先应该先激活 Pel Dup triangle ----删除任何重叠的网格。 Identify----识别单元，点击并保持，划向模型，会显示单元号。 Identify-----与前面的一样。 4.3.3.6Display ops All node -----显示所有的节点。 All element------显示所有的单元。 Display node-----先输入要显示的节点，再点击按钮。 Display element----先输入要显示的单元，再点击按钮。 Nodal distance ----节点距离，先输入两个节点的号，再点击按钮。 Nodal co-ords -----节点的坐标，先输入节点号。 Inactive node -----没有联接的任何单元的所有节点将显示。 Display intersection------显示所有的交叉点。 4.3.3.7 Active ops Active---- 激活一个单元，先输入单元号。 Deactive element ----消除一个单元激活状态，先输入单元号。 Adjacent element -----激活与指定的某一个单元相邻的所有单元(先指定)。 Adjacent all -----目前的工作窗口中，激活所有的单元，它们周围的所有单元都将被 激活。 Adjacent node -----与指定的节点联系的所有单元被激活。 Append elem(s)-----增加指定要激活的单元。 Append adj surface----先激活至少一个表面单元(用active element),再点击增加一个完整的表面网格到激活的状态。 Write SM------先激活至少一个表面单元，再点击，会输入一个文件，prefix-sub-act.sm. 4.3.4Quality checking environment 体积网格生成之后，自动进入到这个环境，这个环境用来分析和编辑体积网格。在这个环境里，体积网格可以被检查，变平及被优化，另外，一些选项用来编辑材料及创造世界层。分成四部分，材料编辑框、操作工具、显示选项、激活选项。 1. material editing table 表中:有材料的编号，是否处来激活的状态、及ops,，有同样的ops，刚说明各材料有相同的表面边界。简要说明一下几个功能: Apply-----执行一些指定的设置。 New ----增加新材料，先用clip选择部分几何体，作为一种新材料。 Delete -----删除。 Operation -----优化重新计算单元和节点，会使得MESHCAST SOLVER 工作的更快，模拟进间会加快30~35%。 2. Operational Tools 简要说明一下几个功能: Surface only -----------一般呈灰色，因为模型是呈3-D显示的。 Enclosure----如果表面网格有enclosure，就会显示成灰色。 Smooth mesh -----提高体积网格的质量(靠增加几何体风部的节点数和单元数) Boundary layer----在材料体积内，增加一个厚的单元层，用来更好的模拟流体的流动。 Plot Quality----点击后产生一个菜单，用来分析体积网格的质量。有三个标准:平面角(dihedral angel)、半径比率(Radii radio)、Aspect radio，用红色的一个bar chart 来显示。还有一个MIN/Max statistics，界面有三个的最大最小值，及总结点和总的单元号。和是否有坏的单元数。 Previous data ------以前的数据，在图形中显示的时，用绿色，最后是QUIT，注意，此功能只能在刚刚生成体积网格时使用，而不能有任何的其他操作。 Flow check -----用来检查和显示(用红色)是否有连接边缘节点的边，这些节点可能 会影响流体流动的分析的结果的误差。 Write SM-----输入目前激活的表面网格，先选择要输入的材料(用material editing table),接着点击图标，输入文件名为:”prefix” –sub.sm 它的功能是用户想对几何体的某一部分(模具、铸件、冷铁等)进行编辑表面网格，把它先输出，编辑好之后，再用Merge合并网格。 3.Display ops (显示选项) 这些功能用来显示结点和单元号。各个功能说明如下: All node -----显示所有的结点。 Allelement-----显示所有的单元。 Display node -----显示指定的结点。 Display element-----显示指定的单元。 Nodal distance----两个结点之间的距离。 Active volume-----激活的体积量值是多少。(显示，各种材料要注意) Bad element -----显示不好的单元。 Meg –Jac-----若有NEG—JAC 单元，则显示。 4.Active ops 这些功能用来激活结点和单元。各个功能说明如下: Element----激活单元。 Bad element-----激活坏的单元。 Meg –Jac element -----若有的话，激活。 以上是MESHCAST 软件描述的四个部分。 第五章 pre-processing 可分为四个部分，传热(Thermal)数据库(Databases)运行参数run parameters 及气孔模型porosity modes。若工作路径中，有*.dat文件，PRECAST能自动的打开这些文件。 5.1热传导 热传导模型靠运行傅立叶热传导方程来计算热流，包括凝固过程中的潜热的释放，可以获得以下结果:温度分布、固相分数的变化、热流及热梯度，凝固时间、热节(点)、见气孔等。 5.1.1Geometry assignment 几何体的有关设置，有对称性，虚拟模具，检查几何体三个部分。NEG-JAC和NEG-AREA是对应于MESH中的问题，这些BOTTENS可以用来找出网格中的问题，给出提示，在MESHCAST中进行修改。VOLUMES给出这个几何体体积，MIN-MAX给了这个几何体的X Y Z 方向上的尺寸。 5.1.2MATERIAL ASSIGNMENT (分配材料) 选重哪一个材料，在几何体中对于那部分的材料就会变红，若是VIRTUAL MOLDS ，则会变黄，在TYPE一栏中，点左键，选择是，CASTING MOLD FILTER FORM INSULATION CORE RESERVIOR 或是其它。 5.1.3 interface assignment 材料表面之间传热系数的设定，如果3种材料，编号为1、2、3，则就有材料组:1和2，1和3，2和3。TYPE项，DEFAULT为COINC，还有NCOINC和EQUIV，下面说一下三种类型之间的不同。 EQUIV:当两个材料域属于一个相同的实体，如同属于铸件的一部分(即有相有的材料，但是它们由于技术的原因而在划分网格的时候，分开来划，要设为EQIVALENCED,它意味着两个材料域之间是连续的，有连续的温度曲线和连续的速度场，这个选项也适合于两种不同的材料，但是它们必须是焊在一起的。 COINC:如铸件和铸型之间的界面，往往有一个温度降，为了缩小温度，在网格生成的过程中，在界面上，只有一个结点。我们有必要在这个阶段加倍结点，这个加倍的操作执行，那选择了COINC，即重叠的节点，实际上加倍两个结点之间的距离是为零的。 NCOINC:即界面两边的结点是不重叠的，也就是说界面是不匹配的，也就是说界面的两侧的单元没有共同的结点，这时，选择NCOINC. 当选择不同的选项时，界面会出现红长和绿色。有两种方法可以看，第一，点击material pair 第二，在TYPE中，三个选项所呈现的界面会互换的看。也可以看到，配合SOLID键，效果会更好。 接着针对不同的材料，设定不同的热传导系数(要查看相关的数据)。 5.1.4Boundary conditions assignment Surface boundary conditions 对应的条件应用于模型(具)的外面，或者是给定材料的外面，这是最普遍的边界条件设定类型。 1. Assign Surface 重点要讲的是Assign Surface，对应于热传导问题的边界条件有Symmetryperiodic Temperature Heat .指定边界条件作用的面积，用TOOLS 工具指定，再储存，边界条件的值在数据库中选取，然后点击ASSIGN就可以了。 TOOLS(工具)，选择结点和表面。对于一些边界条件，如SymmetryHeat .单元自动被选择。而对另一些边界条件，如温度，速度 等等，结点将自动被选择 。 Select and propagate 选择和繁殖，所有的表面和结点都和相邻的表面或结点，或有一定角度(如果这个角度小于指定的角度，将会被选择)。 Deselect and propagate,和前面的相反。 Definition the propagation angle 定义一个繁殖的角度。 Select interface :Heat 边界条件只用于内部的界面。 Clip-----用来剪切一个模型，用来执行选择内部模型，这些选择在外面是无法 办到的。 2.Volume condition Volume condition对应条件应用于整个体积。 Volume Heat :体积热，对应于在整个体积中的热源。 Surface Heat: 让用户指明一个给定的材料的自由表面冷却的怎么样的。 Momentum source 充型过程的冲量。 Mass source 在充型的过程中，应用浇口的不同方式。 Filter Heat 当过热的液体流过初始时冷却的过滤网时，可能有凝固部分(后 会熔化)，应该定义一个filter和流动液体金属之间热传导系数。 3.Assign enclosure Assign Enclosure 是针对辐射问题而设定的。 5.1.5 Process condition 对于仅仅只有热传导的问题，重力方向的定义是很重要的。在计算缩孔的过程中，适用于POEOS=1的情况。Constant常用来定义重力的方向，而rotate只用来流体流动的问题。Assign volume用于辐射问题。Assign enclosure 用于辐射问题。 5.1.6初始条件的设定 initial conditiona 每一个材料的初始条件温度必须得定义，可以以常数的形式定义，也可以用Extracted temperature，指明来自一个以前的计算。Extracted temperature比较复杂，一般都是直接设定初温度为常数。 5.1.7运行参数的设定 run paramaters 如果是纯粹的热传导模型，则thermal这一项应该设置成1或2。温度结果储存的频率一定要详细指明，以及气孔模型也要指定。 接下来，补充三个东西: 1. fluid flow&filling (流体流动和充型) 流体流动模型执行模具充型计算(自由表面)及流体流动的计算，用Navier-stokes 方程，下列几个结果可以通过计算得到:充型的行为、自由表面的 演变、自然对流和受迫对流、流体的动态压力、Entrapped 气体、过滤器的行为。 注意一点材料数据库里面的材料的前面有F 、T，是说明属性的，如果是F，则说明流体的这种属性优先其它的属性，选择材料时，优化选用这种属性。流体材料的属性应该具有流体的性质(如流速)。在边界条件设定中，指定速度、压力、WALL和浇口。非常必要在模具和铸型的交界的部分把边界条件中的速度设定为零。零边界速度可以用WALL边界条件来代替，有同样的效果。在process 菜单中，定义重力的方向即可。流体流动模拟在运行必须在run parameters 中的flow中，设定为1或3。自由表面模型也得设置，以及气孔模型也得激活。流体流动结果的储存也得具体的指定。还有其它的一些设置都得填好。 2. Radiation 用灰体效应(视角计算因子)来解决复杂的计算问题，可以获行以下结果，辐射热传输效应、灰体效应。 辐射问题可以简单的被处理成一个辐射热问题，也可以处理成一个考虑到反射光，阻碍作用及灰体效应在内的一个复杂的辐射计算问题。因为辐射问题涉及到视角因子，包括了各部分(铸件和铸型)与环境之间的相互作用的计算，所以有必要把环境也纳入模型中，这就是enclosure . 如果铸件在炉子中，enclosure就是炉子全身(或者说是炉子内部的表面)如果铸件在CASTSHOP中，那得设置一个人工的enclosure(用入铸件的包围)。Enclosure可以是实体(用3-DFEM MESH 描述) 流程图与一般的一样，流成*d.dat文件，或*mash文件，但在Geometry Boundary Process 及Run parameters中应设计额外的参数。 下面是这些增加参数的描述: 在 File/multiple meshes menu中如果一个模型，就会有一个enclosure,有两种方法可以打开，1:这个enclosure是和实体网格一样，都是从meshcast中产生的，这个enclosure将被标注作为一个enclosure.2:这个enclosure是在 meshcast中产生，作为一个常规的网格，这个实体网格或表面网格用 File/Multiple mashes 功能项来登陆 Geometry/symmetry menu(较难)。 Material和 Interface menu已增加额外的参数。 Boundary condition menu/Run parameter menu(难略) 3 .Stress应力分析 执行热——机械计算，可以获得以下的结果: 应力分布、塑弹性变形、Dispayment 、气孔形成、 Elastic springback、模具疲劳、热裂、裂纹。 共有5个应力模型来分析应力:线性应力模型、弹-塑性模型、弹-粘-塑性模型及刚性模型和空白模型。 在进行应力分析的时候，参数设定有几项应增加，有材料，边界条件，和运行参数。应力属性在材料中的STREES这一项中设定，必须指定应力的边界条件的三种类型:displacement (位移)、point Loadsurface Load ，displacement的指定非常的重要，为了保证模型在应力的作用下不会移动或旋转，同时也要注意，不要限制的太多了。否则会在局部产生人为的应力，注意symmetry 也可能产生displacement位移的限制。 在铸件上指明displacement是有必要的，当铸型被设置成vacant时，若设置 成rigid(刚性)，则没有必要在铸件上指明displacement。 在run parameters menu ,必须设定STRESS. 5.2数据库 5.2.1材料数据库 有read ,add ,copy,del,sort,search这几项功能。其中SORT 是用来整理材料的，点击后，按字母的顺序来排列材料。READ 用来读材料的相关属性，材料的属性分成四个层次，composition(组成成份)，thermal(热)，fluid(流体)和comments(评论)。其中，thermal 中又包括了传导率，密度，比热，热焓，固相分数，潜热，固相线和液相线，及放热量。fluid 中包含了粘度，表面张力，permeability ,filter.、显示成黄色的说明了对应的属性已经定义了。白色表明处于激活的状态，首先，用户必须先选择相应的按钮来确定材料的属性(如密度)是常数，还是TABLE (是温度的函数)。PROCAST的数据库很大一部分是用户自己添加的。 5.2.2材料属性 对于传热问题，最小的数据定义为thermal中的传导率，比热，密度，这些参数可以是常数，也可以是温度的函数(不管有无相变过程)。当有凝固出现时，即有相变，必须额外的定义以下的属性，固相分数，潜热，固相和液相线的温度。固相分数的曲线是温度的函数，从0到1结束，潜热和固相液相线温度是常数，液相和固相温度必须和固相曲线是一致的，若不一致，系统会提示你。液相和固 相温度用于气孔模型及流体流动计算中。 PROCAST在定义有相变的过程，有相应的选择，因为两种方法可以来定义相变，用户可以定义相应的热焓曲线来代替定义比热和潜热。当用于热传导计算、流体流动计算、气孔模型计算时，PROCAST 会自动的检测是否有比热、潜热和热焓，如果出现这种情况，系统会提示警告，要用户选择热焓或是潜热、比热。 对于流动问题，必须定义粘度，其它可以选择，如表面张力，permeability及filter。 PROCAST中有几个粘度模型，牛顿粘度模型、carreau-yasuda 模型及power-cut off 模型。carreau-yasuda模型对应于非牛顿型流动，其中的参数都可以在数据库中定义，而power-cut off 模型用于触变铸造。 对于表面张力，一般的铸造条件下，表面张力可以忽略。 对于permeability，若是铸件材料，permeability可以用karman-cozeny model 来定义，在低固相分数时可以被becdermann来修改，用户可以自己来定义permeability为温度的函数，高的permeability意味着是自由流动，而低的值说明对应于没有流动。对于铸件材料，permeability仅仅应用于固相线和液相线温度之间。若是模具材料，permeability必须得定义，可以为常数，也可以为温度的函数。 对于Filter,由两个属性来定义，void faction(孔隙率),surface zone(表面区域)，孔隙率对应于在Filter中的porosity的总量，此值是无量纲的，表面区域对应于表面的数量(Filter材料和空气之间每一个体积)。 5.2.3thermodynamic database (动力学数据库) PROCAST能自动的调用动力学数据库(如组成成份)来计算热焓和凝固曲线等属性，PROCAST提供了6大类的合金，包括AL ,Fe，NI ,TI,CU ,MG 等那 些没有列出的元素其及合金，如果用户需要的话，可以在自己的材料数据库中添加。在材料数据库中的组成成份栏中，Base 中是填主元素，在element 里列出了其它成分，在composition 中列出其质量百分数。用户可以添加，填好之后，选择Apply ,有两个选项，是scheil和lever，选其一，来计算固相分数及热焓。最后储存。scheil和lever是计算固相分数的两个不同的模型，lever模型认为溶质在溶剂中是完全扩散均匀的，而scheil模型不认为是扩散均匀的(在凝固阶段)，两则的区别在于凝固区域的末端及固相线温度有所不同。对于大多数合金，推荐用scheil模型，除非是低合金钢，因为它的扩散速度很快。 在热计算过程中，一个命名为prefix.phs的文件被建立，我试了一个，用写字板打开，效果比较好，它包含各个温度对应的相分数及各个阶段的组分。这些信息在procast计算中并不重要，而在其它方面可能有用。 5.2.4界面数据库 包含了两个条目类型:interface 和die combo interface对应于标准的两种材料之间的传导系数，必须得先定义COIN或NCOIN,注意EQUIV 不能用。die combo是一个特殊的类目，在压铸中定义一个复合类型的热传输，它自动的定义开合模具的次序。 在一个interface数据库中，用户可以看到以下四项内容:第一，数据库条目类型，是standard,还是die combo，第二，关键词，输入后，便于以后用的时候方便，第三，热传导系数，第四，热传导系数的单位，这个可以换，第五，用户可以自己定义一个以时间或是以温度为变量的热传导系数的函数，分别点击temperature 和time即可，第六，储存。 Die combo在压铸中能自动处理开合模具的次序。当模具闭合的时候，可以定义一个为常数的热传导系数，或定义一个以温度为变量的函数。当模具开的时候，表面传输系数(模具和空气之间)在Air co-eff中定义，空气的温度在Air tem中定义。如果有喷冷的情况，在spay cooling 和spay temp 中定义传输系数和喷冷的温度。 5.2.5边界条件数据库 assignsurface, ,assignvolumeBoundary conditions ,, ,assignenclosure, Assign surface中包括，温度，热，流速，压力，浇口，紊流，vent(通气孔)，inject ,displacement, point load ,surface load . Assign volume 中包括，体积热，动力来源，及mass source Assign enclosure 中包括发射率(emissivity). 下面介绍几个常用的: 1.温度:指浇口的温度(在充型计算中)和所有的其它数据库对话框一样，有数据库的条目类型(温度)，关键词，温度值，可以定义温度的函数，单位可以换，可以储存。说明一下，如何定义一个温度-时间的函数。点击Time，输入值，建立了一个浇口温度随时间变化而变化的曲线，可以对输入项进行编辑(如删除某一行，删除整个表格，可以对表格进行输入和输出操作)，最后点击保存，保存这一个表格，ESI公司指定的数据库是不能修改的，用户只能自己建立数据库，在上面添加自己需要的内容，若定义了浇口的温度对时间的函数，则Time 这一项将变黄，即说明已经定义了这个属性了。 2.Heat:指定某一材料表面和四周环境(水、空气)的热传输，热边界条件有三个属性，虽然这三个属性在同一个例子中不是都起作用或某一时间同时起作用。热可以用下面的例子来描述: 4 Q,Flux，h(T,T)，,,(T，T),, 第一项可以测量，为常数，但也可以定义为时间的函数。 第二项中的h是系数，为四周的空气，水的温度，也可以设置成对某一T, 个参数的函数。 第三项用于高温辐射的情况，为发射率，对于复杂的辐射计算，必须包含, 有视角因子，为了激活辐射模块，视角因子必须处于开的状态。 3.流速:可以设成常数，也可以设置成时间或压力的函数，Fill Limit 用来控制充型的百分数，注意它与run parameter中的LVSURF的区别，LVSURF用来停止充型，更重要的是当充型完成时能关闭流体流动的解决器，当定义一个压力作为独立变量的流速时，应当非常的小心，原因是压力变化是非常敏感的。 浇中的流速设定来充填铸型时，但用户必须在知道多大的充填速度才能在规定的时间内完成充型，这要用到流速计算器了。使用的步骤:调出流速数据库，点击里面的VELOCITY CALCULATOR 产生计算器的对话框，先选中铸件材料及浇中的面积，再填入理想的填充时间。点击下面的VELOCITY CALCULATE就可以了。再把计算值填到U 、V、 W 中， 要注意方向的问题。浇中的面积必须全部选中才能得到精确的流速值，若只是选中了其中的一部分，则计算的结果将长于标准的充填时间。 后面就简单的介绍一下了: PRESSURE----数据库的工作原理与TEMPERATURE是一样的。 INLET----指定两项内容，浇口的速率及浇中的温度，与TEMPERATURE和 VELOCITY----两项内容的总和是等价的。 TURBULENCE ----指定紊流状态。 VENT :GAS MODEL---- 被激活，空气能通过排出管道而逃离，VENT只应用于铸件网格上的结点，每一个排出管道都能用直径D，长度L，粗糙度R，出口压力来表示。而这四项都将在数据库中有定义。 INJECT ----运用于低压铸造。 DISPLACEMENT----运用于应力计算。 SURFACE LOAD ----应用于应力分析 。 VOLUMETRIC HEAT ----在某一些热问题中，有必要定义给定材料内部产生的热，即定义每一个体积产生多少热，就定义这个值。 MOMENTUM SOURSE ----通常用于电磁搅拌的铸造。 MASS SOURSE ----用于充型计算，可代替速度和INLET BC EMISSIVITY----用于辐射问题。 5.2.6 PROCESS DATABASE 分成Assign enclosure ,Assign volume, Gravity 三个部分。常用于辐射的计算。 5.2.7应力数据库 和前面讲到的数据库一样，可以对数据库进行读，增加，拷贝，删除操作。点击ADD ,可以添加数据库的内容，即增加一个STRESS数据库，先点击TYPE ，选择其类型，有5种可供选择，分别为:空白、刚性、线性塑性、弹-塑性、弹-粘-塑性。每一个模型下都有不同的参数，要求用户进行添加，用户可以选用常数，也可以输入数据，作为函数的形式，对于具体的应力模型及其属性可以参考PROCAST自带的帮助文件。 5.3运行参数 运行的参数可以分为标准和高级两类，标准中对应着参数的基本设置，高级项中涉及到PROCAST的一些高级的参数设置。所有的运行参数都将被保存到prefixp.dat文件中，可以在PRECAST中修改参数，也可以直接在prefixp.dat中修改。 5.3.1General run parameter 不论作任何模块的分析，这一项都是要设定的一般选项。高级选项中，一般情况下，不用改，而在标准选项中，有几个参数的设定要说明一下: NSTEP------最大的模拟步数。 TFINAL-----最终模拟的时间。 TSTOP------最终模拟停止的温度。 Restart step INILEV-------开始的步数，若为第一次模拟，则设置成零。 DT------最初的分析时间。 DTMAX-----每一步最大模拟时间。 5.3.2 Thermal run parameter 介绍Thermal/standard 中的几个常用的参数。 Thermal:有三个值可以选择: 0----没有热分析，只有流动分析。 1----执行了热分析，用温度作为初始变量。 2----执行了热分析，用热焓作为初始变量。 TFREQ-----温度结果储存的频率，指明多少时间步长间隔，输入温度数据到prefixt.unf文件。 POROS:指明气孔的计算，有四个值可以选择。 0----无气孔计算。 1----最高级的气孔计算模型。 4----从气孔8模型中演化而来的新的模型，可以用来处理多层(重)的 自由表面。 8----老的气孔模型，在版本3.2.0中的。 MACROFS----计算宏观的气孔，它设置了宏观和微观气孔形成过程中的极限的固相分数，值0~1之间，默认为7.00e-01。 PIPEFS---用来计算气孔计算过程中的管首计算，它设置了管道形成过程中 的极限的固相分数值地0~1之间，默认的值为1.00e-01。 5.3.3cycling run parameters 有cycling模拟，必须定义循环数及循环的时间，此外，如果有die combo 界面定义时，其它的参数也得定义。 5.3.4Radiation run parameters 当有辐射问题的时候，包括view factors 是ON，下面的参数都要定义，如果view factors是关的，所有的参数都没有填的必要。 5.3.5 Flow run parameters 当流体流动或充型模块被激活，“Flow”必须定义，主要介绍标准中的参数，在高级中，主要定义WSHEAR和WALLF两项，其它保持默认就可以了。 Flow 填充模型激活，控制流体方程的应用，有4个值可供选择。 0----不解流体方程。 1----解流体方程。 3----有充型过程中解流体方程，当达到LVSURF的充型限制和 NCYCLE=1时，关闭只进行热分析. 9----有充型过程中解流体方程，当达到LVSURF的充型限制和 NCYCLE>1时，关闭只进行热分析. FREESF(自由表面模型激活)有3个值供选择。 1----用冲量支配自由表面的运动，快速的充型。 2----用重力支配自由表面的运动，慢速的充型。 默认值为0。 GAS指明是否考虑，有气体逃脱效应，一般情况下不考虑。有两个值可以选择。 0---表示不考虑。 1---表示考虑。 VFREA:速度结果的储存频率(有FLOW中的那个类似)。 PRFF:为了转变为绝对值的表压力，即参考压力，从任何边界条件压力中减去大气压力。用于四种情况，第一，有逃逸的气流，第二，有压力边界条件驱使流动，第三，有管道(VENT)，第四，有气体进入。 PINLET:明确浇口处有没有压力，有两个值。 0----表示不计算压力。 1----表示计算压力。 其它的参数保持默认就可以了。 5.3.6紊流的有关参数 不常用。 5.3.7应力参数 STREE,激活应力选项，有2个值。 1----激活应力计算。 0----关闭STREE计算。 其它的参数与前面讲的类似。 5.4虚拟模具 顾名思义，也就是一个虚假的模具，在Geometry/virtual mold 中定义。特别在大型的砂型铸造中有很大的应用。 首先要定义模具的三个方向的尺寸，可以参考Geometry/check Geom/mix-max这一个功能，输入X Y Z 三个方向的值后, 点击显示模具，则就出现一个黄色的小框框(BOX),注意一点，浇注系统的浇口位置一定要和虚拟模具的上边相切。点击compute mold 来计算虚拟模具，计算需要一些时间，这与铸件表面数有关，与模具本身的大小无关，计算完成后，Thermal depth 可以被看成(用show depth工具)，颜色的范围可以用“set scale”按钮来调整，如果有必要，按remove mold来消除模具。 在设置虚拟模具之前，必须注意以下的事情: (1) 如果虚拟模具和对称功能一起使用，则必须首先定义对称，接着才能 产生虚拟模具，否则对称的虚拟模具将不能被应用 (2) 如果体积网络是由多种材料组成，必须首先定义两相材料之间的界 面，接着才能产生虚拟模具，如果虚拟模具产生后，材料间界面产生 变化，则虚拟模具就不存在，虚拟模具一旦产生，它就会出现在 material assign中;type中显示的是virtual mold。在Interface中，Type 也显示virtual，其他的设置与前面所讲一样。 第6章Run of the calculation Procast中的参数设置完成后，输出了*d.dat 、*p.dat文件，这两个文件 是Datacast中应具有的，DataCAST的prefixd.dat文件转化成2进制文件， Datacast也检查并纠正一些错误。当Datacast提示“按任意键结束时说明二 进制文件已经生成。 Procast是计算器，执行好后提示按任意键结束，Status用来监控计算的 过程，在status中可以得知模拟时间，充型分数，凝固分数等，status的信 息存在procast的安装路径在dat/stat下，在prefix.stat里。 在执行了solver之后，信息储存在prefixp.out文件中。在这个out文件中， 我们可以得到许多信息，对于仅仅是热分析的例子，有模拟的步数、模拟某 一步的时间、DT的值、固相分数等等。 第7章Results views 7.1Introduction 充填的过程可以用4种不同的方式在view CAST中为例，分别是snap shot， slices，san of slice，及x-ray views (cut off)。取决于模型前面的参数设置， 下列的变量的分布都可能在viewcast中看到，包括temperature、Friction of solid、Heat Flux magnitude (热流方向)、magnitude(速度方向)、stress、pressure 流速向量和热流向量。 当有prefix文件存在，viewcast将自动打开此文件，并进行结果的演示， 刚开始的变量为temperature。向量以None演示,方式为snap shot。只要在 picture及rector下选择不同的变量来观察，可以在picture下选择四种不同的 方式来观察，有两种方式(time or steps)作为演示的单位，在step menus中 选取，当这些都完成之后，演示可以用Tape player来执行，X-Y plots 让用 户能够画出以时间变量的曲线。Action用来计算一些参数，具体参数PROCAST自带的帮助文件。 GIF Capture用于捕捉一些图象，可以捕捉still(静止)的图片也可以活动的图片。 7.2Field selection 也就是菜单中的contour 和vector后的子菜单，也就是要显示的变量各，如温度、流速、固相分数等。 7.3 Display types(显示类型) 有4种显示的方式: Snap shot ----3D形式显示过程，是初始化的状态。 Slice ----2D显示，显示某一方向(X、Y、Z)的某一层的模拟情况，添 加要显示的面。 Scan ----2D，沿着X Y Z方向显示。 Cut off ----查看模型内部的模拟情况，模型将部分变成透明，为了能看 到模型内部的一些特征。 1. Slice定义 在parameters/slice data中，出现select plane 对话框 ，点击ADD，接着有3个选项“XYZ平面，ANYPLANE 或COPYPLANE。若选择X Y Z 平 或 Z平面进行定位，再APPLY后，即可生成一个观面，则还应给X 或Y 察面，这个平面会显示在模型中，点击TYPEPLAYER 来查看整个模拟过程中，指定面的模拟情况，选择平面对话框中的各个操作中，注意一个display background这一个选项 ,显示background none,则说明只显示一个切面，若显示了background+,则显示切面连同它的左边，显示background-，则显示其右边。还有一点，在Select plane中，show这一项中，Yes or no 分别表示是否为显示。 Any plane 显示任何一个平面，只要输入坐标即可点击。Rotate 还可以定义绕某一个轴旋转。 2. Scan 定义 沿X、,、,轴扫描整个模型，在parameters中的scan data 中设置，打开scan selection 对话框，有三个方向的扫描，先选定一个方向，输入要扫多少的面，APPLY即可。 3. Cut off 的定义 在 parameters中的cut off data 中设置,先得设定两个温度(如600度，700度)，后有5个复选框 ，分别用来显示高于700度，低于600度，在600度和700度之间，在两者之外和显示处于700和600度的这样的区域。 7.4Display parameters time steps可以在这个菜单中定义，用户可以定义steps，也可以定义time作为显示的单位，如果VIEWCAST 是在计算的过程中激活的话，那么，点击update键来更新可以获得的演示步骤或时间 。 Reverse video----默认的时候，屏幕是黑色的，点击这一项，屏幕变成了白色。 Free surface-----有三个操作，可以进行开/关/仅仅 操作。 Enclosure----用于辐射问题。 Feature Angle ----在材料显示特征处于Wildframe 状态时，才起作用，用 来改变线条的密度。 Vector setting----可以设置为自动向量长度、人工的向量长度、和特定的 向量长度，也可以改变向量的颜色及向量的类型。 Display Mag----用于应力分析。 Display pipe ----当显示变量为Shrinkage porosity 时，才有用。 Scale -----点击右边的那一排颜色或旁边的数字，弹出的对话框来调整颜 色及范围。 Titles ,symmetry, display foam可以参考PROCAST自带的帮助文件。 7.5Curves 在X-Y plots 菜单中执行，在X-Y plots setting中，显示了横坐标为时间，纵作标为待定，X 轴的最大最小值及Y轴的最大最小值，DivX, DivY是指将X Y轴划分成几份。 X-Y plots 菜单中的其它子菜单，如温度、压力、速率、固相分数，它们的菜单后面都有三项(Interval nodes external ),说明一下他们的功能: Interval----每N个节点(如500)作出的曲线，有1号节点、501号节点，1001点节点等等，作出了这些节点随着时间的变化，这些点的温度变化情况。 Nodes----输入节点，作出这些节点随着时间的变化 ，它们的温度变化情况。形成的文件储存到prefix.tt文件中。 External---可打开prefix.tt文件，显示在viewcast中。 7.6Goementry manipulation 其它的简单，讲一个material selection ，显示模型的材料有六种形式: 1. SO----solid实体形式。 2. IN-----invisible 隐藏的形式。 3. WI----wireframe 形式。 4. HM---显示隐藏的网格。 5. SH----灰体的材料。 6. TR-----透明的材料。